@ 2017.10.28 , 11:00

延迟选择实验:我们选择了宇宙,宇宙创造了我们

量子物理再得一分。

这一次一群来自意大利的物理学家在超长的空间尺度上验证了惠勒的延迟选择实验,将上一次的实验记录144公里,扩大到现在的3500公里。

或许读者已经不会对结论感到惊讶:似乎微观粒子的行为取决于有意识的存在如何观测它。哪怕如此长的距离,稀奇古怪的量子力学也不肯给我们混乱的大脑放个假。不过为了说清楚由来,还是让我们从头来捋一捋,什么是量子的延迟选择。

当量子物理学还处于萌芽阶段时,物理学世界中最聪明的头脑越来越倾向于使用高深的数学概念,来解释他们观察到的现象。

量子力学与数学一样抽象复杂、晦涩深刻。有些人——像爱因斯坦——认为概率是暂时的,有一天会有更加完善的物理定律被发现,进而可以完整地描述量子的状态。另一方面,尼尔斯·玻尔(Niels Bohr)则认为量子力学已经是完整的,只是我们的大脑存有偏见,总试图想象“可能性”只是现实的一个小部分,而不是现实本身。

回到现代物理学史上最重要的实验,就是所谓的电子的双缝干涉实验。当我们控制每次只发射一个电子的时候,依然会产生干涉的现象。因此得到结论,一个电子同时通过了两个缝隙。进一步说明电子这时候是以波的形式运动。

实验的时候,我们在两个缝隙处各按照一个记录仪器,尝试记录下电子通过时的情景。结果,我们将发现,只有一个仪器会有电子通过的记录。按照经典的量子理论解释,观测导致了波函数的坍塌,这时候电子是以实体粒子的方式运动,因此每次只能通过一条缝隙。如果安装了探测通过路径仪器,但是却让仪器处于关闭的状态,那电子依然会以波的形式,产生干涉。

1979年,在普林斯顿纪念爱因斯坦诞辰100周年的专题讨论会上,惠勒正式提出了延迟选择的思想。惠勒说,电子好像未卜先知,从刚一离开发射器的时候,就事先知道前面有探测它行进路径的仪器,所以就从波形态转变成粒子形态。既然如此,要是我们经过巧妙设计将观测仪器放到双缝的后面的位置,然后等电子离开双缝一段时间之后,再决定是否打开仪器,来记录电子的路径。这样电子之前是以粒子状态通过了一条小缝,还是以波的形态通过双缝,完全取决之后我们如何选择——开或关闭记录仪器。

虽然听上去古怪,但这却是哥本哈根派的一个正统推论!惠勒后来引玻尔的话说,“任何一种基本量子现象只在其被记录之后才是一种现象”,我们是在光子上路之前还是途中来做出决定,这在量子实验中是没有区别的。历史不是确定和实在的——除非它已经被记录下来。

惠勒是爱因斯坦的同事、理查德·费曼的导师、最有名的物理思想家之一(提出万物皆是信息的思想)、最早使用黑洞这一名词称呼“黑洞”的物理学家。

在惠勒提出构想5年后,马里兰大学的Carroll O Alley和其同事当真做了一个延迟实验,其结果证明,我们何时选择光子的“模式”,这对于实验结果是无影响的;与此同时慕尼黑大学的一个小组也作出了类似的结果。

在这个最新版本中,研究人员使用意大利航天局的马泰拉激光测距天文台(MLRO)的装置分割了一束激光脉冲,因此光子可以采取较短的路径,或者以更复杂的绕远的方式前进。激光通过的距离:从地面到外层卫星,再反射会地面。该实验就像最开始说的,再一次验证了事后的选择,决定了光子之前的行为。

延迟选择实验:我们选择了宇宙,宇宙创造了我们
Credit 123RF

这样稀奇古怪的事情说明了什么呢?

在最狂热的假说里,宇宙本身由一个有意识的观测者创造出来也不是什么不可能的事情。虽然宇宙的行为在道理上讲已经演化了几百亿年,但一直处于某种不确定的混沌之中,无限的过去并存。直到某个可能存在的宇宙里,出现了某个有意识的存在,向星空深处凝望,方才确定了宇宙的形态与历史。我们的观测行为本身参予了宇宙的创造过程!这就是所谓的“参予性宇宙”模型(The Participatory Universe)。宇宙本身没有一个确定的答案,而其中的生物参予了这个谜题答案的构建本身!

伟大的爱因斯坦,当初最无法接受一点就是“我们选择了这个宇宙,因为这个宇宙之前创造了我们”这一可怕的循环逻辑。

抱歉了,爱因斯坦先生。Can't win 'EM all。

实验的更多细节发表在《科学前沿》(Science Advances)上。

为了解释清楚,几乎完全没使用原文;部分内容参考了维基百科和百度百科。

本文译自 sciencealert,由译者 majer 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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